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高壓旋噴注漿在南華大橋樁基加固工程中的應用

【摘　要】　南華大橋是一座科研試驗橋, 首次采用了多種新結構、新工藝, 但由于設計施工等原因樁基需要加固。文中論述了該橋旋噴加固樁基的成樁機理、加固方案、施工工藝、質量保證措施

及加固效果。


【關鍵詞】　橋梁　樁基加固　高壓旋噴注漿　固結體　強度

1　概述南華大橋是湘北干線1804 線上的一座重要橋梁, 系交通部“八五”行業(yè)聯(lián)合科技攻關課題——“洞庭湖區(qū)橋梁修建新技術開發(fā)研究”的科研試驗橋。主橋全長598 m , 斜拉2連續(xù)梁橋轉鉆進都是一個必需的工序。鉆(爆) : 填石工序結束后, 如孤石巨大, 可下筒狀鋼粒鉆頭進行鉆進, 將孤石鉆出一個環(huán)狀自由面, 一般鉆入0. 8～ 1. 2 m , 注意不要取心, 以防鉆具被擠夾。由破巖理論可知, 增加巖石自由面可加速巖體的破壞, 鋼粒破巖不僅可以加快孤石的解體, 并可直接形成規(guī)則的圓型樁孔, 無需修孔。或者可以采用潛式鉆機將孤石

面鉆入許多小孔, 孔數(shù)多少視樁徑大小而定, 一般鉆6～ 8 個, 鉆入深度一般為孤石厚度的1ö3左右, 每鉆一孔, 在孔內裝填炸藥, 最后, 各鉆孔一起采用導爆索起爆法炸裂孤石。對于較小的孤石, 其產(chǎn)狀和位置適合于直接沖擊鉆進的可將此工序省去。

沖: 下沖擊鉆頭將孤石沖碎, 沖入軟巖2. 0～ 3. 0 m 左右, 沖程應控制在0. 5～ 1. 0 m 左右, 沖程不宜過高, 以免對孔底震動較大而引起

坍孔事故, 同時沖擊過程中應注意泥漿稠度, 根據(jù)實際情況向孔內投入適量的粘土或水泥。

抓: 用沖抓錐將沖擊成小塊的孤石抓掉, 被沖成40～ 50 cm 的孤石碎塊沉入軟巖后, 很難被擊碎, 因而無法恢復循環(huán)鉆進, 必須抓取, 但注意不要讓沖抓錐爪子碰撞孔壁上的殘余孤石, 以防沖抓錐抓空或滾石卡鉆; 如遇淺孔樁或孤石較小, 可直接用沖擊鉆鉆進成孔, 將孤石碎塊沖擠入孔壁, 省去用沖抓錐“抓”這一工序。

2　處理后的效果與體會通過把鉆進硬巖、破碎硬巖、清除硬巖的技

術方法優(yōu)化組合在一起, 組成一個工藝流程處理孤石, 樁基成孔速度大大提高, 既能滿足施工進度要求, 又能保證工程質量, 同時, 又可以提高經(jīng)濟效益。在派從一級公路改建段的橋梁樁基施工中采用鉆孔爆破法處理孤石, 其中從化臺2# 樁采用潛式鉆機鉆入孤石最深達3. 60m , 其鉆進速度由原來1～ 2 cm öh 提高至8～ 10cm öh , 派潭臺4# 樁鉆進速度由原來1～ 3 cmöh 提高至10～ 14 cm ö h。通過實踐, 體會如下:

1) 橋梁樁基施工遇孤石群時要在現(xiàn)有的物質條件下, 靈活地采用綜合性的技術方法和施工方案, 將幾種技術方法的長處有機地組合

起來, 形成特定的工藝。

2) 施工前要精心進行施工組織設計, 配齊破巖的設備、材料和工具。

3) 施工過程中工程技術人員應嚴格管理, 及時控制施工現(xiàn)場, 以防發(fā)生事故。

大橋地處湖區(qū)腹地, 基礎軟弱, 設計中采用了多種新結構、新技術、新工藝, 其中下構樁基全部為大直徑、無承臺、預制安裝PC 空 心樁, 獨樁獨柱結構。由于某些原因, 其主橋樁基抗彎剛度偏小, 工程留有隱患, 必需進行加固處理。經(jīng)反復論證, 決定采用高壓旋噴結合鉆孔補筋辦法進行加固。 

2　成樁機理

旋噴樁是高壓噴射注漿的一支系, 它利用鉆機把帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進至預定深度, 然后用高壓泥漿泵將漿液與水加高壓從噴嘴中噴出來, 形成高壓流, 強力沖擊破壞土體。

成樁機理包括射流的沖動摻攪、升揚置換、充填擠壓和滲透凝結四個過程: 當高壓噴射流以大能量快速度的旋轉壓超過土體結構強度時, 土粒便從土體中分解剝落下來, 部分細小土粒隨漿液冒出水面, 其余土粒在高壓噴射流的沖擊力、離心力和重力作用下與漿液旋轉攪拌混合,并按一定的漿土比例重新排列, 漿液凝固后便在土中形成固結體, 加固地基, 提高抗剪強度,改善土的變形性質, 使其在上構荷載直接作用下, 避免產(chǎn)生破壞或過大的變形, 高壓噴射注漿的基本方法有單管、二重管、三重管和多重管法。南華大橋采用的是三重管法。

3　樁基加固方案

南華大橋橋寬15 m , 主橋下構系獨樁、獨柱預制安裝PC 空心樁(柱) , 蓋梁懸臂較大; 上構采用縱向分節(jié)預制、橫向逐條安裝的預應力箱梁, 接頭部分現(xiàn)澆混凝土(設計稱之為滾移法箱梁)。施工時, 由于施工單位缺乏經(jīng)驗, 為省材料, 盲目地將樁基鋼護筒拔出; 主體工程完成后, 設計復核時發(fā)現(xiàn)安全系數(shù)偏小, 墩柱的入土部位橫橋向兩側出現(xiàn)拉應力, 樁基抗彎剛度不夠。為彌補設計、施工缺陷, 經(jīng)有關專家反復論證, 決定采用在地面線以下10 m 范圍內, 高壓旋噴注漿后鉆孔補筋的方法進行加固， 且旋噴樁樁徑不小于80 cm。

4　施工工藝

4. 1　施工設備選擇

施工設備: 

①水系統(tǒng): 采用3D12SZ 系列三柱塞高壓水泵, 此泵具有高壓狀況下排水量穩(wěn)定, 射流切割能力大的特征, 功率75 kW , 額定

工作壓力可達50M Pa。

②氣系統(tǒng): 采用YV 26ö8 型空壓機, 功率37 kW , 排量0. 4～ 1. 8 m 3öm in。

③漿系統(tǒng): 采用ZL 2800 型水泥制漿機, 功率6 kW , 分上、下桶制漿, 該機具有轉速慢, 制漿量大, 拌和均勻的特點。BW 2250 型泥漿泵送漿, 功率13 kW , 可分檔調節(jié)漿量。

④噴射轉動

提升裝置: 噴射裝置包括三重管式噴頭, 水氣嘴間隙設置, 射漿口呈“人”字型向下, 最適合在砂、土地層中應用; 轉動裝置為SH230 轉盤, 無級調速。⑤造孔系統(tǒng): 液壓巖心鉆機。

4. 2　施工參數(shù)

針對南華大橋地面以下5. 6～ 6. 2 m 為粉細砂層, 其下為5. 5～ 6. 8 m 的淤泥質粘土這一地質情況, 按照設計要求, 施工前在橋上游河

灘上試噴了3 孔, 以此選定適合于該地層高壓旋噴注漿的施工參數(shù)及高壓水噴嘴。

4. 3　施工工藝

施工工藝及程序: 高壓旋噴注漿在南華大橋樁基加固工程中的應用　4. 3. 1　鉆孔就位: 將鉆機安裝在設計孔位上,使鉆桿垂直對準孔中心位置。


4. 3. 2　鉆孔: 鉆孔分三序, 即每隔兩孔鉆一孔,采用泥漿護壁鉆進, 孔徑<150 mm , 孔斜率嚴格控制在1% 以內, 鉆孔穿過承臺混凝土、粉細砂層, 進入淤泥質粘土層, 自承臺表面起算, 孔深10 m。

4. 3. 3　高壓旋噴: 當鉆機鉆進至設計深度及所有設備運行正常后, 用卷揚機將噴射管慢慢下入孔底并輸送高壓漿液, 待漿液從孔底冒出地面后, 噴射桿開始旋轉與提升, 自下而上進行噴射。操作中嚴格按照所確定的提升速度及技術參數(shù)控制, 嚴密監(jiān)視注漿量的變化, 防止噴嘴堵塞出現(xiàn)斷樁。在作業(yè)過程中, 隨時做好施工記錄。為確保樁體質量, 樁頭以上超噴0. 2 m 左右并適當減壓; 對淤泥質粘土層進行復噴: 即第一次噴射時不帶水泥漿, 只在漿管內輸入少量的水(約45 L öm in) , 以防止?jié){管堵塞, 當高壓水、氣噴射上升至砂層1 m 后, 再將噴射桿插入孔底, 帶水泥漿高壓旋噴至終孔, 兩次噴射注漿的提升速度一致, 進漿與回漿密度基本一致。

4. 3. 4　封孔回填注漿: 封孔回填注漿是保證旋噴樁頂部質量的關鍵, 當噴射注漿完成后, 隨即進行靜壓注漿, 并隨沉隨補, 直至孔口漿液不再析水下沉為止。

4. 3. 5　鉆孔補筋: 待旋噴樁達到一定強度后,按照設計要求, 采用巖心鉆機清水循環(huán)鉆孔, 孔徑<150 mm , 然后下入扎有35 16 縱向鋼筋的鋼筋籠, 再將漿管從鋼筋籠內插入孔底, 從孔底輸入密度為1. 7 gö cm 3, 摻有鋁粉的濃水泥漿,置換孔內渣水, 直到濃水泥漿返出孔口為止, 拔出注漿管, 專人值班, 對孔內漿液隨沉隨補。

5　質量控制及檢驗旋噴固結體系在地層下直接形成, 屬于隱蔽工程, 一般情況下不能直接觀察到樁體全部。在施工過程中須采用科學的手段進行控制檢查, 工程完工后對其內在質量進行檢驗鑒定。

5. 1　施工中的質量控制要點施工中的要點:

①通過試樁選定施工技術參數(shù), 在施工過程中除嚴格按設計平面尺寸要求外, 對鉆桿長度、余尺認真核測以保證有效樁長。

②旋噴過程中, 冒漿量略小于注漿液量的20% 為正常, 若超過20% 或者完全不冒漿時應查明原因及時處理。

③鉆桿旋轉和提升須按照所定參數(shù)進行, 拆卸鉆桿后繼續(xù)旋噴時, 要保持鉆桿有10 cm 的搭接長度以免出現(xiàn)斷樁。如因機械故障而中斷旋噴時應重新鉆至樁底標高,重新旋噴。

④制作漿液時要求做到干灰過篩, 漿液過濾。準確掌握水灰, 嚴格控制噴射漿液泵量, 以保證樁體的內在質量。

⑤隨旋噴提升到樁頂時抽取制做反漿試塊, 以檢測判定其樁體強

度是否達到設計要求。

5. 2　加固結果

南華大橋樁基在地面線10 m 范圍內采用高壓旋噴注漿后鉆孔補筋的方法, 是為了提高樁基入土部位的抗彎剛度和抗水流沖刷能力,彌補設計安全系數(shù)小, 施工時盲目拔出鋼護筒之不足。鉆孔取樣表明, 芯樣完整, 表面光滑, 無小孔結構, 致密、堅硬, 獲得率達98% 以上, 采取率達100% , 芯長一般為0. 3 m 左右, 最長的一根達1. 5 m , 芯樣呈青灰色, 風干后呈灰白色。試件28 d 齡期平均抗壓強度為22. 3M Pa, 

【摘　要】　論述了高速公路交通控制的必要性, 介紹并提出了高速公路交通控制原理及相應交通控制對策, 指出了我國高速公路交通控制的發(fā)展方向。

【關鍵詞】　高速公路　匝道控制　主線控制　交通管理　對策

目前, 我國公路運輸已進入了高速公路時代, 公路運輸?shù)乃俣群托б姘l(fā)生了質的飛躍。湖南高速公路也由起步到飛速發(fā)展, 方興未艾。規(guī)劃到2000 年, 湖南高速公路還要修建1 100 km。但公路運輸發(fā)展的同時, 也帶來了交通安全問題, 如1996 年, 我國高速公路發(fā)生交通事故6 797 起, 死亡864 人。同年11 月4日, 滬寧高速公路發(fā)生的汽車追尾事故引發(fā)了4 輛車受損或報廢, 導致10 人死亡, 11 人受傷。

高速公路發(fā)展初期, 并沒有交通控制設施, 人們想當然以為高速公路本來就應該讓車輛自由地高速行駛而毋需控制。另一方面, 隨著交通需求的迅速增長, 高速公路出現(xiàn)了交通擁擠狀況, 在高速公路上行駛反而不如在一般公路上行駛更快捷、暢通, 如廣佛高速公路平均車速僅為60km öh 左右。在一定程序上講, 產(chǎn)生擁擠的原因就在于高速公路本身。其一, 高速公路開通后,沿線地區(qū)成片開發(fā), 并吸引大量建設資金, 金融、商業(yè)活動加劇, 從而引起交通需求大幅增加; 其二, 高速公路的開通帶動了該地區(qū)的經(jīng)濟起飛, 沿線住宅區(qū)迅猛發(fā)展, 居民生活不斷提高和改善, 其參加社會活動和文娛活動的愿望加強, 交通也更便捷, 導致出行次數(shù)大幅增加。因此, 如何對高速公路交通流本身進行合理調控和引導, 避免和緩解高速公路上出現(xiàn)的交通擁擠, 從而保證高速公路始終運行在暢通安全的狀態(tài), 成為幾十年來世界各國競相研究和實驗的一大課題。

1　高速公路交通控制原理

在交通控制系統(tǒng)中, 控制對象是交通流, 這意味著可以把交通流視為一個可控工程, 該過遠大于設計要求的10M Pa, 說明高壓旋噴注漿是成功的。計算表明: 加固段的斷面面積是原設計的6. 3 倍, 樁基抗彎剛度E I 由_______加固前的2. 11×106 kN ·m 2提高到19. 4×106 kN ·m 2,極限承載力由4 262 kN 增加到9 663 kN , 加固后安全系數(shù)、抗彎剛度等顯著提高, 達到了預期目的和規(guī)范要求。但壓區(qū)相對高度系數(shù)N加固前后基本不變, 為0. 91, 橫橋向小區(qū)域將出現(xiàn)

拉應力, 在此區(qū)域內適當加密鋼筋是必需的。

南華大橋已于1998 年4 月通過了質量鑒定檢測, 5 月正式通車, 經(jīng)受了洞庭湖區(qū)百年罕見洪水考驗, 運行良好。大橋在湘北地區(qū)的經(jīng)濟建設和抗洪搶險中發(fā)揮了極其重要的作用。

參　考　文　獻

1　凌志平. 基礎工程. 北京: 人民交通出版社, 1986

2　范立礎. 橋梁工程. 北京: 人民交通出版社, 1980

3　中華人民共和國交通部. JTJ021285 公路橋涵設計通用規(guī)范,防止噴嘴堵塞出現(xiàn)斷樁。在作業(yè)過程中, 隨時做好施工記錄。為確保樁體質量, 樁頭以上超噴0. 2 m 左右并適當減壓; 對淤泥質粘土層進行復噴: 即第一次噴射時不帶水泥漿, 只在漿管內輸入少量的水(約45 L öm in) , 以防止?jié){管堵塞, 當高壓水、氣噴射上升至砂層1 m 后, 再將噴射桿插入孔底, 帶水泥漿高壓旋噴至終孔, 兩次噴射注漿的提升速度一致, 進漿與回漿密度基本一致。 4. 3. 4　封孔回填注漿: 封孔回填注漿是保證旋噴樁頂部質量的關鍵, 當噴射注漿完成后, 隨即進行靜壓注漿, 并隨沉隨補, 直至孔口漿液不再析水下沉為止。

4. 3. 5　鉆孔補筋: 待旋噴樁達到一定強度后,按照設計要求, 采用巖心鉆機清水循環(huán)鉆孔, 孔徑<150 mm , 然后下入扎有35 16 縱向鋼筋的鋼筋籠, 再將漿管從鋼筋籠內插入孔底, 從孔底輸入密度為1. 7 gö cm 3, 摻有鋁粉的濃水泥漿,置換孔內渣水, 直到濃水泥漿返出孔口為止, 拔出注漿管, 專人值班, 對孔內漿液隨沉隨補。


5　質量控制及檢驗旋噴固結體系在地層下直接形成, 屬于隱蔽工程, 一般情況下不能直接觀察到樁體全部。在施工過程中須采用科學的手段進行控制檢查, 工程完工后對其內在質量進行檢驗鑒定。

5. 1　施工中的質量控制要點施工中的要點:

①通過試樁選定施工技術參數(shù), 在施工過程中除嚴格按設計平面尺寸要求外, 對鉆桿長度、余尺認真核測以保證有效樁長。

②旋噴過程中, 冒漿量略小于注漿液量的20% 為正常, 若超過20% 或者完全不冒漿時應查明原因及時處理。

③鉆桿旋轉和提升須按照所定參數(shù)進行, 拆卸鉆桿后繼續(xù)旋噴時, 要保持鉆桿有10 cm 的搭接長度以免出現(xiàn)斷樁。如因機械故障而中斷旋噴時應重新鉆至樁底標高,重新旋噴。

④制作漿液時要求做到干灰過篩, 漿液過濾。準確掌握水灰, 嚴格控制噴射漿液泵量, 以保證樁體的內在質量。

⑤隨旋噴提升到樁頂時抽取制做反漿試塊, 以檢測判定其樁體強

度是否達到設計要求。

5. 2　加固結果

南華大橋樁基在地面線10 m 范圍內采用高壓旋噴注漿后鉆孔補筋的方法, 是為了提高樁基入土部位的抗彎剛度和抗水流沖刷能力,彌補設計安全系數(shù)小, 施工時盲目拔出鋼護筒之不足。鉆孔取樣表明, 芯樣完整, 表面光滑, 無小孔結構, 致密、堅硬, 獲得率達98% 以上, 采取率達100% , 芯長一般為0. 3 m 左右, 最長的一根達1. 5 m , 芯樣呈青灰色, 風干后呈灰白色。試件28 d 齡期平均抗壓強度為22. 3M Pa, 

【摘　要】　論述了高速公路交通控制的必要性, 介紹并提出了高速公路交通控制原理及相應交通控制對策, 指出了我國高速公路交通控制的發(fā)展方向。

【關鍵詞】　高速公路　匝道控制　主線控制　交通管理　對策

目前, 我國公路運輸已進入了高速公路時代, 公路運輸?shù)乃俣群托б姘l(fā)生了質的飛躍。湖南高速公路也由起步到飛速發(fā)展, 方興未艾。規(guī)劃到2000 年, 湖南高速公路還要修建1 100 km。但公路運輸發(fā)展的同時, 也帶來了交通安全問題, 如1996 年, 我國高速公路發(fā)生交通事故6 797 起, 死亡864 人。同年11 月4日, 滬寧高速公路發(fā)生的汽車追尾事故引發(fā)了4 輛車受損或報廢, 導致10 人死亡, 11 人受傷。

高速公路發(fā)展初期, 并沒有交通控制設施, 人們想當然以為高速公路本來就應該讓車輛自由地高速行駛而毋需控制。另一方面, 隨著交通需求的迅速增長, 高速公路出現(xiàn)了交通擁擠狀況, 在高速公路上行駛反而不如在一般公路上行駛更快捷、暢通, 如廣佛高速公路平均車速僅為60km öh 左右。在一定程序上講, 產(chǎn)生擁擠的原因就在于高速公路本身。其一, 高速公路開通后,沿線地區(qū)成片開發(fā), 并吸引大量建設資金, 金融、商業(yè)活動加劇, 從而引起交通需求大幅增加; 其二, 高速公路的開通帶動了該地區(qū)的經(jīng)濟起飛, 沿線住宅區(qū)迅猛發(fā)展, 居民生活不斷提高和改善, 其參加社會活動和文娛活動的愿望加強, 交通也更便捷, 導致出行次數(shù)大幅增加。因此, 如何對高速公路交通流本身進行合理調控和引導, 避免和緩解高速公路上出現(xiàn)的交通擁擠, 從而保證高速公路始終運行在暢通安全的狀態(tài), 成為幾十年來世界各國競相研究和實驗的一大課題。

1　高速公路交通控制原理

在交通控制系統(tǒng)中, 控制對象是交通流, 這意味著可以把交通流視為一個可控工程, 該過遠大于設計要求的10M Pa, 說明高壓旋噴注漿是成功的。計算表明: 加固段的斷面面積是原設計的6. 3 倍, 樁基抗彎剛度E I 由_______加固前的2. 11×106 kN ·m 2提高到19. 4×106 kN ·m 2,極限承載力由4 262 kN 增加到9 663 kN , 加固后安全系數(shù)、抗彎剛度等顯著提高, 達到了預期目的和規(guī)范要求。但壓區(qū)相對高度系數(shù)N加固前后基本不變, 為0. 91, 橫橋向小區(qū)域將出現(xiàn)

拉應力, 在此區(qū)域內適當加密鋼筋是必需的。

南華大橋已于1998 年4 月通過了質量鑒定檢測, 5 月正式通車, 經(jīng)受了洞庭湖區(qū)百年罕見洪水考驗, 運行良好。大橋在湘北地區(qū)的經(jīng)濟建設和抗洪搶險中發(fā)揮了極其重要的作用。

參　考　文　獻

1　凌志平. 基礎工程. 北京: 人民交通出版社, 1986

2　范立礎. 橋梁工程. 北京: 人民交通出版社, 1980

3　中華人民共和國交通部. JTJ021285 公路橋涵設計通用規(guī)范.